[发明专利]一种核设施事故场外后果实时在线评价方法及系统

摘要

本发明公开了一种核设施事故场外后果实时在线评价方法及系统，属于核设施事故后果分析技术领域。所述在线评价方法包括模拟区的风场预测方法、风场诊断方法、拉格朗日烟团大气扩散模拟方法、气态放射性核素所致辐射剂量与防护措施建议的估算方法、以及气载途径食物链放射性活度估算方法。通过本发明提供的该评价方法及系统，能够完成以核设施为中心的模拟区范围内的自发生核设施事故时至结束时刻的风场预测、诊断、多个事故点的污染物大气扩散模拟及辐射剂量估算，为核设施事故发生后的事故应急指挥处理提供了后果评价数据基础。

主权项

一种核设施事故场外后果实时在线评价方法，该方法首先以核设施为中心确定核设施事故的模拟区范围，所述模拟区范围包括以核设施为中心20km×20km的近场区域和以核设施为中心100km×100km的远场区域；在确定出模拟区范围后，该在线评价方法包括模拟区的风场预测方法、风场诊断方法、拉格朗日烟团大气扩散模拟方法、气态放射性核素所致辐射剂量与防护措施建议的估算方法、以及气载途径食物链放射性活度估算方法；其中，所述风场预测方法包括：1)以核设施为中心，获取模拟区范围的不同来源的气象数据；所述气象数据为全球或中尺度数值天气预报数据或者为待预测中尺度区域的观测站测得的观测数据；2)根据所述气象数据来源的不同，进行模拟区的风场预测，进行风场预测的具体方式为：21)当所述气象数据为全球或中尺度数值天气预报数据时，采用非静力模式进行风场预测；22)当所述气象数据为待预测中尺度区域的观测站测得的观测数据时，采用准静力模式进行风场预测；所述风场诊断方法包括：(1)获取模拟区的气象数据和地理环境数据，并根据获取的气象数据和地理位置数据建立模拟区的三维风场；所述气象数据包括模拟区的气象观测站的观测气象数据和气象部门的数值天气预报数据；所述地理环境数据包括模拟区的经纬度信息、下垫面高程、植被、水体分布特征和土地利用；三维风场为多层网格风场；(2)根据所述气象部门的数值天气预报数据和地理环境数据对所述三维初始风场进行初步调整，得到初步调整后的风场；所述初步调整包括根据地形运动学效应对三维初始风场进行调整、根据坡流效应对三维初始风场进行调整和根据地形热动力学对风场的阻塞效应对三维初始风场进行调整；(3)根据所述观测气象数据对初步调整后的风场进行处理，得到最终的三维风场；所述处理包括对初步调整后的风场依次进行插值处理、平滑处理和垂直风速分量的调整；所述拉格朗日烟团大气扩散模拟方法通过依次释放一系列烟团模拟放射性核素的连续释放来计算气载放射性核素扩散产生的浓度，包括以下步骤：A、建立模拟区范围的二维网格系统；B、计算二维网格系统中每个网格点的各核素的浓度，计算方式为：B1.确定计算的时间步长ΔT即浓度结果输出时间间隔和烟团的释放时间间隔Δt，根据所述烟团的释放时间间隔Δt顺序释放一系列烟团模拟放射性核素的连续释放；B2.计算第M个时间步长的第W个时段释放的第i个烟团中的j核素对网格点(xg,yg,zg)空气中的j核素的浓度贡献计算公式为：χWijM(xg,yg,zg)=Qwjo(i)(2π)3/2σxy(i)2σz(i)·exp[-(xg-xcm(wi))22σxy(i)2]·exp[-(yg-ycm(wi))22σxy(i)2]·{exp[-(zg-zcm(wi))22σz(i)2]+exp[-(zg+zcm(wi))22σz(i)2]+exp[-(2zinv-zcm(wi))22σz(i)2]}e-λjtM(wi)]]>其中，(xg,yg,zg)中(xg,yg)为网格点的二维坐标，zg为烟团中核素取对人体有影响的高度，为为第M个时间步长的第W个时段释放的第i个烟团中j核素的源强，QWjo第M个时间步长所释放的所有烟团中j核素的源强，σxy(i)、σz(i)分别为所述第i个烟团水平方向和垂直方向的有效扩散参数，为所述第i个烟团在第M个时间步长结束时刻的质心坐标，zinv为逆温层层顶的垂直高度，λj为j核素的衰变常数，为第M个时间步长结束时刻所述第i个烟团所经的迁移时间；B3.计算从事故发生时刻起至第M个时间步长结束时刻网格点(xg,yg,zg)空气中的j核素的时间积分浓度χj(xg,yg,zg；M)，计算公式为：其中，n表示每个时刻烟团的释放数；C、计算核素的地表沉积量，计算方式为：C1.计算从事故发生时刻起至第M个时间步长结束时刻因干沉积造成的(x,y)网格中j核素的地表干沉积总量WDj(x,y；M)，计算公式为：其中，Vdj为j核素的干沉积速度，χj(x,y；M)为χj(x,y,z；M)在z＝0至z＝∞高度的积分；C2.计算第M1个时间步长到第M2个时间步长期间的降雨造成的(x,y)网格中j核素的地表湿沉积总量Wwj(x,y,M1→M2)，计算公式为：其中，∧j为冲洗因子，I为降雨强度，A为冲洗因子系数，A的取值范围为[3×10‑5,3×10‑3]，a的取值范围为[0.5,1]；D、计算一个烟团中的所有核素的γ射线对指定受照点(x,y,z)造成的γ辐射剂量率dγ(Q,Eγ,σy,σz,H,Rxy)，计算公式为：其中，K＝1.6×10‑13，单位为Gy/s/MeV/Kg，σen为空气的能量吸收系数，单位为m2/Kg，Eγ为γ射线的辐射能量，单位为MeV，B(μr)为累积因子，μ为空气的线性减弱因子，单位为m‑1，r为从离烟团中心(x＝y＝0,z＝‑H)距离为Rxy的受照点到体积元dxdydz的距离，H为烟团中心高度，χ(x,y,z)为在指定受照点(x,y,z)处的瞬时空气浓度，(x,y,z)中z为指定受照点的高度，(x,y)为指定受照点多对应的网格坐标，Q为一个烟团中的放射性核素的活度，σxy、σz分别烟团水平方向和垂直方向的扩散参数；所述气态放射性核素所致辐射剂量与防护措施建议的估算方法包括：a、根据预设的网格间距对模拟区进行网格划分；b、计算核设施事故释放期间，气态放射性核素在环境中迁移扩散对模拟区居民及居民生活环境所造成的影响，包括：b1.对于每一个网格，计算不同照射途径下气态放射性核素对网格中居民所造成潜在剂量，并根据潜在剂量计算不同照射途径下气态放射性核素对网格中居民所造成的预期剂量；所述照射途径包括烟云γ外照射途径、地面沉积外照射途径和吸入内照射途径；b2.对于每一个网格，计算气态放射性核素释放开始后两天放射性核素对网格中的居民所造成的预期剂量，根据计算结果判断是否有确定性效应发生的区域；根据计算结果判断是否有确定性效应发生的区域的方式为：当气态放射性核素释放开始后两天内放射性核素对网格中的居民的各器官所造成的与其剂量是否大于预设的各器官的确定性效应阈值时，则判断有确定性效应发生。b3.对于每一个网格，计算采取各种应急干预行动后，网格中居民的可防止剂量和剩余剂量；所述应急干预行动包括隐蔽、撤离、避迁、服用碘片；在采取撤离与避迁行动时，计算撤离与避迁过程中各撤离路线和避迁路线引起的附加剂量；b4.计算事故释放期间，牛奶中的关键核素浓度和水库中的关键核素浓度，根据计算结果判定是否达到了禁止牛奶或地表水饮用的干预水平；所述关键核素包括34Cs、137Cs、103Ru、106Ru、89Sr、131I、90Sr；所述气载途径食物链放射性活度估算方法包括：I、对于模拟区，计算核设施事故期间所释放的污染物烟羽经过时所造成的核素沉积量；对于某一区域，核设施事故期间所释放的污染物烟羽经过时所造成的核素沉积量包括污染物烟羽经过该区域上方所造成的植物上的核素的干沉积量和湿沉积量、以及土壤表面核素的总沉积量；II、根据所述核素沉积量，计算植物收割时植物可食部分中核素的浓度以及动物产品中核素的浓度；III、根据植物收割时植物可食部分中核素的浓度以及动物产品中核素的浓度，计算人体通过食入途径对核素的摄入速率。